劉丹 滕彥 錢鋒 王志敏 白青壯

摘要：為提高造價專業(yè)工作效率與質(zhì)量，促進(jìn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以上海勘測設(shè)計研究院有限公司為例，介紹了其基于BIM的水電工程算量平臺開發(fā)過程。基于該公司原生三維設(shè)計平臺進(jìn)行二次開發(fā)，內(nèi)置工程量清單算量計價規(guī)范及全國各地現(xiàn)行定額計算規(guī)則，開發(fā)了工程量清單編制、三維模型自動套用清單定額、快速算量、智能出具清單報表、報表校審流程等功能，使算量數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)實現(xiàn)聯(lián)動，快速完成工程計量。工程實例應(yīng)用表明：基于BIM的算量平臺可快速形成工程量清單，計算的工程量與傳統(tǒng)算法之間的偏差在合理范圍內(nèi)。該平臺推動了造價工作進(jìn)入新的發(fā)展階段，積極助力設(shè)計部門實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：BIM； 工程量計算； 二次開發(fā)； 水電工程； 算量平臺

中圖法分類號： TV61；TP315

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.054

0引 言

目前，中國各行業(yè)信息化發(fā)展日新月異，其中三維可視化設(shè)計作為一種新型的設(shè)計理念，以其直觀性、立體化和智能化，越來越多地應(yīng)用到工程設(shè)計的各個領(lǐng)域［1］。為了在工程設(shè)計競爭中取得領(lǐng)先地位，各設(shè)計單位越來越重視三維可視化協(xié)同系統(tǒng)研發(fā)及推廣應(yīng)用。但目前應(yīng)用三維協(xié)同設(shè)計中的專業(yè)大多是傳統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)，如水工、地質(zhì)、施工和機(jī)電等，造價專業(yè)在三維中的應(yīng)用十分有限?，F(xiàn)在國內(nèi)已有廣聯(lián)達(dá)、魯班等軟件公司針對BIM工程算量開發(fā)了插件［2］，但在應(yīng)用上均有工程量清單體系不明確、算量主體依舊在傳統(tǒng)算量平臺上等問題。為此，充分挖掘三維協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的功能，讓設(shè)計鏈上的各專業(yè)都能夠參與到三維協(xié)同設(shè)計中來，搭建基于BIM的算量平臺，真正實現(xiàn)三維設(shè)計的全協(xié)同，從整體上縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計效率是值得研究的課題。

1工程量計算現(xiàn)狀

工程量計算是工程成本計算的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的工程量計算方法是人工讀取各專業(yè)設(shè)計圖紙，一旦發(fā)生變更需修改全套圖紙，根據(jù)工程量計算規(guī)則手工計算工程量，這種傳統(tǒng)的計算方式因為有很多重復(fù)低效的圖紙繪制工作，容易出現(xiàn)漏算、誤算或重復(fù)計算［3］。為了提高計算效率，市場上相繼出現(xiàn)了一些工程量計算軟件替代手工算量，這類軟件的實現(xiàn)思路主要有兩種：一是識別二維CAD圖紙，軟件提供一些快速翻模工具，將二維圖紙快速生成簡單的三維模型，并附加上計算規(guī)則；二是支持三維模型通過中間格式直接導(dǎo)入，導(dǎo)入后附加計算規(guī)則［4］。在二維設(shè)計時代，這類算量工具基本上滿足了工程量計算的需要，提高了造價人員的效率，但對于三維設(shè)計來說，如果無法直接利用三維設(shè)計成果，三維協(xié)同設(shè)計的優(yōu)勢難以發(fā)揮。原因主要有：① 需對照圖紙翻模，且每次發(fā)生變更都需再次建模，費時費力［5］。② 即便可以通過中間格式導(dǎo)入三維模型，由于算量軟件的底層架構(gòu)不支持三維模型，導(dǎo)入后會出現(xiàn)丟失模型部分屬性的現(xiàn)象，需要人工處理，一旦模型發(fā)生變更，就需要重新導(dǎo)入模型，再次進(jìn)行人工處理［4］。因此，本文將介紹如何基于三維設(shè)計模型進(jìn)行工程量計算，簡要介紹系統(tǒng)的設(shè)計思路和工作流程。

2BIM應(yīng)用的限制

目前應(yīng)用BIM的專業(yè)大多是傳統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)，如水工、地質(zhì)、施工和機(jī)電等，但在造價專業(yè)的應(yīng)用十分有限［6］。

從行業(yè)規(guī)范要求來說，各專業(yè)提供的工程量清單因人而異，隨意性較大，項目名稱不規(guī)范、不統(tǒng)一，項目特征不完整、不規(guī)范，達(dá)不到規(guī)范要求［7］，為此，借助三維設(shè)計系統(tǒng)的推廣實施，制定一套標(biāo)準(zhǔn)化的工程量清單體系，是滿足行業(yè)規(guī)范要求勢在必行的一項舉措。

從設(shè)計單位的專業(yè)需求來說，以筆者所在單位上海勘測設(shè)計研究院有限公司為例，其各部門及專業(yè)對于工程量清單標(biāo)準(zhǔn)化均具有迫切的需求，需要各設(shè)計專業(yè)快速提供標(biāo)準(zhǔn)化的工程量清單，以便造價專業(yè)計算投資，快速準(zhǔn)確做出項目決策［8］。水工、施工、機(jī)電等專業(yè)需要一個規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的工程量清單，以減少設(shè)計人員編制的隨意性，提高設(shè)計、校核以及審查的工作效率。對于造價專業(yè)而言，工程量清單是計算工程投資的基礎(chǔ)，清單的質(zhì)量制約著投資估算的質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)化的工程量清單可以減少造價人員與設(shè)計人員的溝通成本，提高工作效率，并且可以提高投資估算編制質(zhì)量，為各方面決策提供更科學(xué)、更準(zhǔn)確的信息［9］。為此，標(biāo)準(zhǔn)化的工程量清單是各設(shè)計單位業(yè)務(wù)發(fā)展迫切的內(nèi)在需求。

從長遠(yuǎn)來看，工程量清單的標(biāo)準(zhǔn)化，是實現(xiàn)項目限額設(shè)計、項目管理信息化、投資決策輔助系統(tǒng)應(yīng)用的必要條件［10］。

3統(tǒng)一工程量清單

3.1工作目標(biāo)

工程量清單的編制是整個工程項目造價的基礎(chǔ)工作。鑒于目前缺乏統(tǒng)一的工程量清單規(guī)范現(xiàn)狀，參考清單算量計價規(guī)范，編制適合三維設(shè)計環(huán)境的工程量清單規(guī)范，并內(nèi)置入基于BIM的算量軟件中，在招標(biāo)、施工詳圖設(shè)計等階段的三維設(shè)計中能夠?qū)崿F(xiàn)工程量清單編制的功能，將極大提高造價工作的質(zhì)量和效率。

3.2工程量清單標(biāo)準(zhǔn)化與智能化編制

通過梳理水電工程在三維協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)中作圖的工作流程，分析其數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，結(jié)合國家能源局頒布的《水電工程設(shè)計工程量計算規(guī)定》的要求，在三維協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)中植入能夠自動抓取工程量特征的模塊，對于不能自動抓取特征值的工程量，將工程量計算中的常用公式和經(jīng)驗做法融入系統(tǒng)中，讓工程量計算過程透明化、可視化、形象化，使得工程量計算結(jié)果科學(xué)化、客觀化。利用三維協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，研究水電工程設(shè)計流程再造，讓設(shè)計人員在繪制圖紙過程中通過設(shè)置構(gòu)建屬性或選擇參數(shù)等簡單的操作，即可在繪圖完成的同時形成標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的工程量清單［11］。

3.3應(yīng)用軟件開發(fā)

根據(jù)三維協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)運(yùn)行分析結(jié)果以及水電工程工程量計算的特點，以水電工程可行性研究階段為典型代表，開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)工程量清單標(biāo)準(zhǔn)化與智能化編制的應(yīng)用軟件。軟件分4個子模塊：① 自動計算工程量模塊；② 人工干預(yù)計算工程量模塊；③ 標(biāo)準(zhǔn)化工程量清單生成模塊；④ 與造價系統(tǒng)接口。

4基于BIM的算量平臺搭建

4.1平臺主要內(nèi)容

引入Bentley旗下Open Buildings Designer三維設(shè)計軟件，開發(fā)水電工程的BIM算量平臺，主要功能包括：① 編輯和配置水電板塊清單庫，進(jìn)行工程量清單編制；② 算量，基于BIM模型自動完成工程量統(tǒng)計，將數(shù)據(jù)填入工程量清單中［12］；③ 項目管理流程，通過配置基礎(chǔ)項目數(shù)據(jù)，完成工程量報表設(shè)校審流程［13］。

為滿足以上要求，基于BIM的算量平臺實施系統(tǒng)基礎(chǔ)配置流程和項目管理流程兩大基本流程的開發(fā)。系統(tǒng)基礎(chǔ)配置流程是實例項目管理流程的先導(dǎo)流程，創(chuàng)建項目實例需要先配置好系統(tǒng)字典和建立工程量清單項目基庫以及專業(yè)分組基庫數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)流程及其關(guān)系如圖1所示。

依托Bentley三維軟件進(jìn)行二次開發(fā)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

4.2平臺主要功能模塊

平臺功能主要包括系統(tǒng)管理、項目實例管理，報表管理、權(quán)限管理4個功能模塊，如圖3所示。

4.2.1系統(tǒng)管理模塊

模塊主要設(shè)立工程項目和工程量清單項目兩類關(guān)系樹以完成層級關(guān)系搭建。其中工程項目分部分項關(guān)系樹是一個多級樹狀結(jié)構(gòu)，項目按專業(yè)進(jìn)行分類，最小項目分項是一個包含一個或多個對應(yīng)工程量清單項目的子工程，子工程內(nèi)容又依據(jù)工程量清單項目關(guān)系樹確定其包含的特征值項內(nèi)容。工程量清單項目關(guān)系樹是一個兩級樹狀結(jié)構(gòu)關(guān)系樹，葉子節(jié)點包含工程特征值項內(nèi)容。

4.2.2項目實例管理

此模塊分為實例項目維護(hù)及工程量計量兩個部分。前者是主要業(yè)務(wù)流程，主要包含創(chuàng)建項目信息和配置項目人員權(quán)限信息兩個部分；工程量計量分為自動計量、公式計量和手工計量3種。系統(tǒng)主要依據(jù)PW系統(tǒng)三維模型實現(xiàn)工程量清單編制工作，對于一些跨專業(yè)的工程量清單，可以依托三維協(xié)同設(shè)計平臺參考其他專業(yè)圖紙進(jìn)行工程量清單編制。同時，在沒有繪制三維模型的情況下，系統(tǒng)也可以直接編制工程量清單，手工輸入工程量信息。

4.2.3報表管理模塊

報表管理模塊主要包括報表生成和報表導(dǎo)出兩個部分。報表生成是在實例項目構(gòu)建及錄入完成之后，造價管理員根據(jù)需要對該項目原始清單進(jìn)行合并項整理，生成同一項目的清單合并列表的管理過程。

系統(tǒng)要求與造價系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接，使造價系統(tǒng)中的價格信息能作為一個輔助屬性在對三維構(gòu)件賦予屬性時賦予，幫助設(shè)計人員對工程造價進(jìn)行評估，及時優(yōu)化方案。系統(tǒng)采取使用數(shù)據(jù)文件共享方式與造價系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，文件格式符合造價系統(tǒng)清單輸入要求。

4.2.4權(quán)限管理模塊

系統(tǒng)讀取PW系統(tǒng)人員列表信息初始化本系統(tǒng)人員信息數(shù)據(jù)，權(quán)限信息在系統(tǒng)中自主配置，人員權(quán)限依附于角色定義，系統(tǒng)角色權(quán)限劃分如下：

（1） 項目管理員，其配置項目清單信息、配置項目參與人員。項目結(jié)束后，項目管理可以關(guān)閉項目。項目關(guān)閉后，此項目將不能再編輯處理。

（2） 造價人員，其負(fù)責(zé)項目特征值維護(hù)及構(gòu)造、工程量報表輸入。

（3） 設(shè)計人員，其負(fù)責(zé)對項目清單進(jìn)行編輯。

（4） 專業(yè)管理員，對參與項目的相應(yīng)專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，確認(rèn)本專業(yè)數(shù)據(jù)全部編輯無誤后，點擊【鎖定專業(yè)】按鈕。其后本專業(yè)數(shù)據(jù)被鎖定，不能再編輯處理。

（5） 審核，負(fù)責(zé)工程量報表審核的人員。

（6） 審定，工程量報表審定人員。

系統(tǒng)人員權(quán)限管理分為兩項主要內(nèi)容：① 分配及管理具備新建項目權(quán)限的人員列表，只有賦予新建權(quán)限的人員才能創(chuàng)建實例項目；② 對實例項目的人員列表管理，項目內(nèi)人員才能查看和修改該項目的信息。

5工程應(yīng)用

5.1平臺啟動

平臺開發(fā)完成后，點擊Open Buildings Designer CONNECT Edition圖標(biāo)，啟動OBD界面，彈出PW登錄框，根據(jù)PW配置選擇正確的數(shù)據(jù)源登錄。選擇文件，選擇【工程量清單標(biāo)準(zhǔn)化編制系統(tǒng)】選項進(jìn)入主界面（圖4）。

5.2工程應(yīng)用

首先創(chuàng)建工程的BIM模型，基于創(chuàng)建的BIM模型進(jìn)行工程量統(tǒng)計計算。首先對項目進(jìn)行維護(hù)，包括創(chuàng)建實例項目過程和配置項目人員權(quán)限信息兩個部分（圖5）。

根據(jù)水電工程各分項工程量的特點，利用三維協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理工程，自動計算土方開挖、石方開挖、混凝土等分項工程的工程量，并智能抓取有三維模型關(guān)聯(lián)的相關(guān)工程量信息，主要包括：點擊關(guān)聯(lián)三維模型自動提取關(guān)聯(lián)了三維模型的項目的工程量信息；對于關(guān)聯(lián)了三維模型的工程量信息，支持模型修改后手動更新工程量值的過程。

除了自動計算，由于水電工程工程量清單項目繁多，對于系統(tǒng)無法自動計算的工程量，通過開發(fā)將設(shè)計人員常用的計算公式以及經(jīng)驗做法融入該模塊。對于不能理出計算公式的，手工填寫工程量。

水電工程各部分工程量計算完成后，按照編制的上海院三維設(shè)計環(huán)境的工程量清單規(guī)范要求，通過分析整理，最終得出規(guī)劃化、標(biāo)準(zhǔn)化的工程量清單。同時，可以按照專業(yè)類型條件分專業(yè)選擇性生成報表內(nèi)容。生成的報表可在線發(fā)起校審流程，完成在線審批。

系統(tǒng)與造價系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接，使造價系統(tǒng)中的價格信息作為一個輔助屬性在對三維構(gòu)件賦予屬性時賦予，幫助設(shè)計人員對工程造價進(jìn)行評估，及時優(yōu)化方案。系統(tǒng)采取DBF數(shù)據(jù)文件共享方式與造價系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

6結(jié) 語

本文介紹了基于BIM軟件二次開發(fā)的算量平臺其開發(fā)過程以及主要功能。首先需編制適合所在設(shè)計單位三維設(shè)計環(huán)境的工程量清單規(guī)范，并在軟件中實現(xiàn)工程量清單編制功能，然后通過關(guān)聯(lián)BIM模型計劃工程量，最后生成的工程量清單報表可在線完成校審流程。

由于人力資源、時間、經(jīng)費等因素限制，此平臺沒有對其他工程領(lǐng)域做過多擴(kuò)展，今后有待進(jìn)一步拓展。土方工程量自動統(tǒng)計功能也需進(jìn)一步完善，為實現(xiàn)造價數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定基礎(chǔ)。

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（編輯：鄭 毅）